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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 超空泡实验相似参数 超空泡现象中的基本量纲为:长度、时间和质量。根据П定理共有8-3=5个相似参数。当选取航行体特征尺度L、流体速度V∞和流体密度ρ为基本量时,可以得到空泡数、雷诺数、韦伯数、斯特劳哈尔数和弗劳德数等五个相似参数。 4.6.3.2 超空泡减阻技术 * 实验研究方法 超空泡试验技术研究的主要手段为水洞试验、约束模飞行试验、高速射弹试验以及自由航行试验等。常用的方法有流场显示方法、激光测量方法、声学测量方法等,具体应用技术有油膜显示技术、染色射流技术、压力传感测量技术、热膜技术、激光观测技术、激光测速技术、纹影技术、高速摄影技术等。 4.6.3.2 超空泡减阻技术 * 实验研究方法 水洞实验 通气超空泡水洞试验设备是在具有良好的调压和气水分离装置的循环水洞、暂冲式水洞或多功能试验水槽等水力学设备的基础上,增加超空泡模型安装工作段和外置通气控制系统改造而成。 大多数水洞流速较低(空泡数0.3左右),不通气的情况下,只能生成局部空泡而非超空泡,因此它不适合于通气超空泡的研究。通气超空泡水洞试验可以研究低速情况下重力对超空泡形态的影响;如果水洞工作断面足够大,在满足阻塞比的情况下能够调整空化器和模型的攻角,还可以对超空泡非对称形态进行更深入的研究。 4.6.3.2 超空泡减阻技术 实验研究方法--水洞实验 * 4.6.3.2 超空泡减阻技术 * 水洞实验设备组成 通气控制系统,数据采集、处理与显示系统(测力系统),试验模型,照明及图像记录系统,以及工作段流量(流速)和压力测量系统等系统组成,如图所示。 模型尾部的支撑与工作段的支座配合,使模型固定在工作段上。支路1为通气通道,气体由气源出发经过支路1进入模型。支路2为电信号通道,采集系统通过支路2与模型内置的六分天平相连接。工作段为有机玻璃,图像记录系统可以进行拍摄。 气 源 图像记录系统 水洞工作段 实验模型 通气控制系统 测力系统 压力传感器 水洞收缩段 水洞扩散段 支路1 4.6.3.2 超空泡减阻技术 * 水洞阻塞比实验结果影响影响 水洞实验中存在阻塞常数,即水洞所能达到的最小空泡数不能大于阻塞常数,而阻塞常数随模型阻塞比的增大而增大,因此为了有效降低水洞的空泡数,以便更好的研究超空泡现象,应尽量降低模型的阻塞比Ψ (Ψ =Sm/Sg,Sm 为模型最大截面,Sg 为水洞工作段截面)。由于模型最大直径与阻塞比密切相关,因此根据阻塞比的要求选取模型最大直径为模型的特征尺度。通常为了降低水洞工作段边壁的影响要求模型阻塞比满足Ψ 0.04 ,但是在超空泡实验中由于超空泡最大直径大于模型最大直径,使得阻塞比上升,因此阻塞比即使满足上述条件,水洞边壁依然会对超空泡形态产生影响。实验表明超空泡实验中要忽略边壁影响应满足Ψ 0.01。 4.6.3.2 超空泡减阻技术 * 模型支撑方式对空泡形态的影响 水洞实验中不可避免的要考虑模型支撑对空泡形态以及模型水动力的影响,合理的选择支撑的截面形状并根据实验要求选择合适的支撑方式可以有效提高实验结果的准确性。 模型支撑方式主要有: 前支撑 尾支撑 腹支撑。 4.6.3.2 超空泡减阻技术 尾支撑特点 目前应用最广泛的是尾支撑方式,支撑在模型尾部,距离模型中最重要的部分—空化器较远,这样不会破坏来流的流场特征,并且由于支撑与超空泡不相交将使得支撑对空泡形态影响降到最小。尾支撑的缺点主要是尾部支杆的存在会产生导流作用,从而破坏了尾部流场。因此采用尾支撑方式不适合研究超空泡自然闭合、模型尾部动力等尾部流场特性。另外,采用尾支撑方式要求模型有高的刚度,当模型刚度较低时,模型会发生强烈的振动,严重影响超空泡形态。 * 4.6.3.2 超空泡减阻技术 腹支撑特点 为了研究超空泡尾部流场特性模型只能采用腹支撑或前支撑方式。在腹支撑方式中,支撑位于模型中部,这样支撑既不会破坏前部流场也不会影响尾部流场,因此腹支撑方式被普遍用于模型总阻力的测量。但是由于支撑截面与超空泡界面相交,当空化器较小时空泡界面甚至很难越过模型支撑,因此腹支撑方式不适于进行空泡形态的定量研究。 * 4.6.3.2 超空泡减阻技术 前支撑特点 为了研究超空泡尾部流场特性并降低支撑对空泡形态的影响,支撑方式只能选择前支撑在前支撑方式中支撑位于空化器前端,这样由绕流所形成的高压作用在模型支撑的前端而不同于尾支撑中压力直接作用在空化器前端,因此空化器振动较小,实验观察到采用前支撑方式形成的超空泡形态比较稳定,尤其是尾部闭合位置比较固定,不同于采用尾支撑方式形成的超空泡在尾部闭合处发生强烈的振

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